نرم افزار واقعیت مجازی

توانایی غوطه ور شدن کامل و انتقال به مکان دیگری از طریق واقعیت مجازی، مسیرهایی را برای تعامل، ارتباط و طراحی باز می کند. به عنوان موضوع بسیاری از داستان‌های تخیلی، مردم مجذوب واقعیت مجازی شده‌اند و شخصیت‌هایی که وارد دنیای مجازی می‌شوند یا به دام می‌افتند.

شکل 1. نمایشگاه واقعیت مجازی. 

واقعیت مجازی (VR) یک تجربه شبیه سازی شده با نمایشگرهای سه بعدی نزدیک چشم است که به کاربران حس غوطه وری ایجاد شده توسط نرم افزار را می دهد. نرم افزار VR در صنایع مختلف کاربرد دارد اما در صنعت سرگرمی مورد توجه قرار گرفته است. تا همین اواخر، مصرف‌کننده عادی به دلیل موانع هزینه نمی‌توانست به واقعیت مجازی دسترسی داشته باشد، اما با پیشرفت در بسیاری از قطعات سخت‌افزاری و نرم‌افزار پشتیبانی، مردم اکنون می‌توانند به راحتی به برنامه‌ها و تجهیزات VR دسترسی داشته باشند. برنامه های کاربردی سازمانی برای نرم افزار VR کم نیستند و برنامه های کاربردی بیشتری در حال کشف هستند که می توانند بیشتر با نیازهای صنعتی سازگار شوند.

نمایش همه تولیدکنندگان نرم افزار واقعیت مجازی

تاریخچه

یکی از اولین اقتباس های شناخته شده از VR، Sensorama بود که در سال 1962 توسط مورتون هایلیگ معرفی شد. این دستگاه مکانیکی از یک نمایشگر رنگی استریوسکوپی و یک سیستم صدای استریو تشکیل شده بود. همچنین، فن‌ها و پخش‌کننده‌های بو برای ایجاد تجربه‌ای فراگیرتر گنجانده شده‌اند. با این حال، این دستگاه تعاملی نبود و کاربر فقط فیلمی را تجربه می‌کرد که در بازه‌های زمانی مشخص افکت‌ها را تولید می‌کرد.

بعداً، در سال 1968، ایوان ساترلند، دانشمند کامپیوتر، چیزی را که عموماً تصور می‌شود اولین سیستم نمایشگر روی سر برای VR است را ایجاد کرد. سیستم ردیابی مکانیکی شمشیر داموکلس نام داشت. در دهه‌های بعدی، نرم‌افزار VR به دستگاه‌های پیچیده‌تر و فشرده‌تر تبدیل می‌شود که گرافیک و ردیابی واقعی‌تری ارائه می‌دهند.

اجزاء

VR از مجموعه ای از فناوری ها مانند نمایشگرهای سه بعدی، نرم افزارهای ردیابی حرکت، چارچوب های نرم افزاری، ابزارهای توسعه و همچنین دستگاه های ورودی تشکیل شده است. درجات مختلفی از قابلیت حمل مرتبط با هدست های VR و سطوح مختلف تجربه همهجانبه وجود دارد. 

نرم افزارهایی که برای ایجاد و نمایش واقعیت مجازی گرد هم می آیند به سرعت در حال توسعه هستند. توسعه VR بومی برای سرگرمی می تواند از موتورهای بازی محبوب مانند Unity3D و

غیر واقعی. در حالی که وب از فریمورک های جاوا اسکریپت و WebGL عقب نیست.

نظریه

یک سیستم VR کاربران را در معرض تجربیات تاکتو- شنیداری و بصری جانشین قرار می دهد. سیستم کامپیوتری به یک دستگاه جانبی متصل است که به کاربران اجازه می دهد با اشیاء واقعی و مصنوعی که در محیط تعامل هستند تعامل داشته باشند. 

راه های زیادی برای تولید گرافیک سه بعدی در برنامه های نرم افزاری وجود دارد اما یکی از روش های رایج استفاده از مش است. مش جسمی است که توسط رئوس تعریف شده توسط موقعیت مختصات در فضای سه بعدی ایجاد می شود. اغلب، یک مش از یک یا چند شکل چند ضلعی، اغلب مثلث (سه رأس) و چهارگوش (چهار رئوس) تشکیل شده است. سطح مش با ویژگی های اضافی گذشته از سیستم مختصات مانند ویژگی های مواد و بافت های پیچیده تر تعریف می شود.

فراتر از گرافیک های سه بعدی تولید شده توسط کامپیوتر، دوربین های همه جهته امکان ضبط ویدیوها و تصاویر 360 درجه را فراهم می کنند که می توانند به نرم افزار VR وارد شوند. در حالی که گرافیک در حس غوطه وری یکپارچه است، طراحی تجربه کاربر (UX) می تواند برای توسعه برنامه های کاربردی VR بسیار مهم باشد. ابزارهای آسان برای استفاده، سازگاری و دوام تجاری بیشتر را امکان پذیر می کنند.

شکل 2. مش چند ضلعی سر انسان با استفاده از چهارگوش. 

سخت افزار

نرم افزار VR اغلب با نمایشگرهای هدست مطابقت دارد. این هدست ها از فناوری هایی مانند ژیروسکوپ و حسگرهای حرکتی برای ردیابی موقعیت سر استفاده می کنند. از صفحه نمایش های کوچک برای نمایشگرهای استریوسکوپی با پردازنده های کوچک و سبک استفاده می شود. با پیشرفت در این فناوری ها، هدست های VR اکنون به طور گسترده در دسترس هستند. 

نمایش می دهد

تعداد دستگاه های مورد نیاز برای برقراری ارتباط یکپارچه با یکدیگر می تواند چالش های توسعه نرم افزار را ایجاد کند. نمایشگرهای استریوسکوپی (همچنین به عنوان نمایشگرهای سه بعدی و نمایشگرهای روی سر یا HMD نیز شناخته می‌شوند) از ترکیبی از اعوجاج نوری چندین تصویر و لنزهای ویژه کمک می‌کنند تا به چشم افراد کمک کنند واقعیت مجازی را سه‌بعدی تفسیر کنند. در نتیجه، هنگام تولید VR، ملاحظات میدان دید (FOV) و زاویه دید (AOV) باید در نظر گرفته شوند. 

یکی از بزرگترین موانع پیشرفت واقعیت مجازی در سطح مصرف کننده، نمایشگرهای سبک وزن و مقرون به صرفه بود که می توانستند به راحتی روی سر کاربر قرار گیرند. برای افزایش احساس غوطه وری و تاثیر فضایی، دو تصویر از منظرهای مختلف برای هر چشم نمایش داده می شود. برای شبیه سازی دید دنیای فیزیکی، باید یک تصویر جداگانه برای هر چشم ایجاد شود و هر تصویر کمی از دیگری فاصله داشته باشد. همچنین برای تقلید از شکل کروی چشم با استفاده از اعوجاج بشکه ای، تصویر باید تحریف شود. 

در پایان نرم افزار، برنامه باید یک تصویر استریوسکوپی با اعوجاج مناسب و فیلترهای حداقل 60 تا 120 بار در ثانیه برای کاهش هرگونه تاخیر و تأخیر درک شده ارائه دهد. نرخ های پایین تر ممکن است توهم واقعیت مجازی را بشکند یا منجر به حالت تهوع شود.

شکل 3. تصویر استریوسکوپی ارسال شده به هدست واقعیت مجازی با فیلترهای اعوجاج بشکه ای و تصحیح انحراف رنگی. 

سخت افزار ردیابی حرکت 

اجزای کم‌هزینه مانند ژیروسکوپ و شتاب‌سنج برای تشخیص حرکت بدن و چرخش سرها استفاده می‌شوند تا نرم‌افزار بتواند دید کاربر را در هدست به‌روز کند.

سیستم‌های ادراکی افراد به شدت با حرکت هماهنگ هستند و ردیابی نادرست سر می‌تواند هم غوطه‌وری VR را شکسته و هم باعث تهوع شود. سخت‌افزار واحد اندازه‌گیری اینرسی (IMU) باید حرکت سر را به سرعت ردیابی کند و نرم‌افزار باید آن را ادامه دهد. هنگامی که نمایشگر و ردیابی حرکت سر به طور موثر ترکیب شوند، حس واقعی غوطه وری ایجاد می شود. 

دستگاه های ورودی

چشمان کاربر هنگام مشاهده واقعیت مجازی باید کاملا بسته باشد تا از دیدن دنیای بیرون جلوگیری شود. این می‌تواند تعامل برخی از کاربران را با کنترل‌کننده‌هایی مانند ماوس یا صفحه‌کلید در طول تجربه واقعیت مجازی، به‌ویژه بدون کمک، دشوار کند. 

دستگاه های ورودی برای مطابقت با برنامه فراتر از صفحه کلید و ماوس ساده ساخته می شوند. در نتیجه، کنترل‌کننده‌های ردیابی حرکت دست ساخته شده‌اند که می‌توانند ژست‌ها را تشخیص دهند اما نیازی به تماس دست ندارند. کنترلرهای بازی و همچنین حسگرهای ردیابی بدن که حرکت و ژست ها را تشخیص می دهند در حال توسعه هستند. دستگاه های ورودی جدید برای افزایش سهولت استفاده هنگام تعامل با نرم افزار VR در حال تحقیق هستند.

کاربران VR همچنین ممکن است کابل هایی برای ارائه بازخورد لمسی در پاسخ به هندسه ها در VR بپوشند. این کابل ها هنگام تعامل با دنیای مجازی به کاربران حس لامسه می دهند. 

شکل 4. واقعیت محیط مجازی ناسا با دستکش بازخورد لمسی.

برنامه های کاربردی

همانطور که VR در حال گسترش گسترده تر است، بسیاری از برنامه ها همچنان مورد بررسی قرار خواهند گرفت. بسیاری از شرکت‌های دیجیتال سرمایه‌گذاری زیادی روی VR/AR دارند. کاربردهای تجاری زیادی برای VR وجود دارد و برنامه های کاربردی سازمانی اغلب با دسته های دیگر برنامه ها در هم تنیده می شوند.

VR می تواند برای آموزش و شبیه سازی در زمینه پزشکی، مهندسی و نظامی استفاده شود. VR می تواند برای افزایش بهره وری استفاده شود و برخی از شرکت ها می بینند که آیا VR می تواند جایگزین تعاملات معمولی دسکتاپ و رایانه شود. VR ممکن است بتواند همکاری کاری در سراسر جهان را بهبود بخشد.

مراقبت های بهداشتی

حوزه پزشکی کاربردهای زیادی برای VR دارد. می توان از آن در توانبخشی و در درمان فعال سازی رفتاری استفاده کرد. استفاده از واقعیت مجازی در مواجهه درمانی نیز نویدبخش بوده است. VR می تواند به افراد مبتلا به انگیزه برای شرکت در ورزش های توانبخشی کمک کند. VR برای تناسب اندام می تواند ورزش را از طریق گیمیفیکیشن و زمینه سازی تشویق کند. 
جراحی واقعیت مجازی می تواند به صورت مشترک انجام شود و نیاز به سفر برای موارد فوری یا پیچیده را کاهش دهد. به عنوان مثال، در ژوئن 2022، یک عمل جراحی به طور مشترک با VR انجام شد تا دوقلوهای به هم چسبیده با موفقیت از هم جدا شوند. 

آموزش و پرورش

محققان در حال بررسی مزایای استفاده از VR در آموزش هستند. تجسم سه بعدی می تواند به یادگیری تعاملی کمک کند و VR می تواند آن را موثرتر کند. 

مهندسی

VR می تواند در طراحی سه بعدی کامپیوتری (CAD) در نمونه سازی و مونتاژ کمک کند. همچنین می تواند با هوش مصنوعی در موارد استفاده از خدمات و عملکرد همراه شود. ترکیب VR و AI به شرکت های تولیدی کمک می کند تا زنجیره تولید خود را بهینه کنند. VR می تواند به شرکت ها کمک کند تا گردش کار را تجسم کنند و فرآیند تولید را بهینه کنند.
با مدل‌های سه‌بعدی، طراحان می‌توانند راه رفتن را از طریق یک شماتیک شبیه‌سازی کنند. این به طراحان و کارگران کمک می کند تا جزئیات پروژه ها را بهتر درک کنند و عوامل مهندسی مانند تنش و بار باد را ارزیابی کنند. طرح ها را می توان در VR تجربه کرد و طرح های ساختاری بزرگ را می توان با استفاده از دید پرنده و از هر زاویه ای مشاهده کرد. شبیه‌سازی‌های واقعیت مجازی بیشتر می‌توانند مجموعه‌ای از آزمایش‌ها را روی ساختارها و طرح‌ها انجام دهند. همچنین می توان از VR برای کنترل ربات ها از راه دور استفاده کرد.

سرگرمی

برخی از بزرگترین کاربران VR در سرگرمی هستند. هدست های تجاری محبوب برای مصرف کنندگان عبارتند از Oculus Rift، PlayStation VR، HTC Vive و Google Cardboard. بازخورد لمسی را می توان با VR ترکیب کرد تا تجربه جذاب تری با دنیای مجازی داشته باشد. 

ملاحظات بهداشتی و ایمنی

در حالی که VR می تواند مزایای قابل توجهی برای بسیاری از برنامه ها داشته باشد، مهم است که اثرات سلامتی استفاده از نرم افزار VR را در نظر بگیریم. استفاده بیش از حد از VR ممکن است باعث شود کاربران در تمایز دنیای فیزیکی از دنیای مجازی با مشکل مواجه شوند. این در کودکان شایع تر است زیرا بزرگسالان اغلب احساس کمتری از غوطه وری در VR را گزارش می کنند. 

منبع

globalspec